毕业论文-基于PLC交通灯控制系统的设计 学号：0915026120 陆小凡09自动化 湖北工业大学工程技术学院1

1、论文原创性声明论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 年 月 日学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学院有关保管、使用学位论文的规定，同意学院保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士学位论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本

2、学位论文属于1、保密 ，在 XXXX 年解密后适用于本授权书。2、不保密 。作者签名： 年 月 日导师签名： 年 月 日Thesis Title:THE TRAFFIC LIGHTS BASED ON PLC CONTROL SYSTEM By Lu Xiaofan June 4th毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书系 部电气信息系指导教师权轶职 称讲师学生姓名陆小凡专业班级09 自动化学 号设计题目 基于 PLC 交通灯控制系统的设计设计内容目标和要求 论文设计目标：1.研究交通灯控制系统的工作原理 2.应用三菱 FX2N 系列 PLC 实现控制系统的设计 论文设计要求：1.PLC

3、 机型的选择及输入输出分析 2.I/O 地址的分配 3.顺序功能图设计 4.梯形图设计 5.程序设计与分析 6.毕业论文字数一般为 0.8-1.5 万字 7.查阅到 15 篇以上与题目相关文献 论文设计进度：2 月 16 日3 月 20 日 搜集关于交通灯的资料阶段, 完成开题报告；3 月 20 日3 月底 完成绪论部分4 月初4 月中旬 完成论文前三章4 月中旬4 月底 写出论文初稿5 月上旬 根据老师的指导修改论文写出二稿5 月中旬 根据修改后的二稿写出三稿5 月下旬 编排标准格式，进一步完善，定稿打印。指导教师签名：权老师年 月 日系 部审 核 此表由指导教师填写 由所在系部审核毕业设计

4、（论文）学生开题报告毕业设计（论文）学生开题报告课题名称基于十字路口交通灯控制 PLC 系统课题来源自 选课题类型DY指导教师权轶学生姓名陆小凡学 号专业班级09 自动化 01班 本课题的研究现状、研究目的及意义研究现状：进入 20 世纪 70 年代，随着计算机技术和自动控制技术的发展，以及交通流理论的不断完善，控制手段越来越先进。早在 1977 年，Pappis 等人就将模糊控制运用到交通控制上，同过建立规则库或者专家系统对各种交通状况进行模糊控制，并取得了很好的效果。近年来，欧美日本相继建立了智能交通控制系统。系统大部分都在路口附近安装了磁性环路检测器并且使用了新型检测器等技术和设备。这些

5、现代化设备加上控制理论和现代化科学管理技术，使得交通控制系统日益完善。在交通信号控制领域研究学者提出了些新方法、新思路。如静态多段配时控制、准动态多段配时控制、最优控制、大系统递阶控制、模糊控制、神经网络控制、网络路由控制等。模糊交通控制已经成为了交通信号控制的主流方向之一。城市交通控制研究起源比较早。1868 年，英国伦敦燃气信号灯的问世标志着城市交通控制的开始。1913 年，在美国的俄亥俄州出现了世界上最早的交通信号控制。1926 年，美国的芝加哥市采用了交通等控制方案，每个交叉口设有唯一的交通灯，适用于单一的交通流。从此，交通控制技术和相关的控制算法得到了发展和改善，提高了交通控制的安全

6、性、有效性。 虽然模糊控制能有效处理模糊信息，但产生的规则比较粗糙，利用规则表查表进行控制，运算速度虽然比较快，但没有自学能力。而且这些研究有些以相序固定为前提。不能保证相序与实际交通状况的一致性，影响了绿灯时间的利用率。有些研究则提出了可变相序的模糊控制方法，提高了绿灯的利用率。但同时也存在一些不足。例如目前应用比较好的交通系统（SCOOT） ，他们都主要采用统计模型和经典算法。但城市交通是一个复杂的且随机性很强的系统，想要建立实用性较强的数学模型是十分困难的。利用模糊控制智能控制技术进行交叉口信号灯控制能取得比定时控制与感应控制更好的效果，是今后单交叉路口信号灯控制的主要研究方向。交通系统

7、作为一个时变的、具有随机性的复杂系统，传统的人为设定多种方案或是建立各种预测模型比较困难。目前交通灯的设计方案有很多，有应用 cpld设计实现交通信号灯控制器的方法；有应用单片机实现对交通信号灯控制的设计方法；有应用 PLC 实现对交通灯控制系统的设计。随着科技的发展，PLC 的功能日益完善，加上小型化、价格低、可靠性高，在现代工业控制中的作用日益突出。由于 PLC 具有对使用环境适应性强同时其内部定时器资源十分丰富，可对目前普遍使用的“渐进式”信号灯进行精确方便地控制。与此同时 PLC 通讯联网功能可将同一条道路上的信号灯进行统一调度管理，缩短车辆通行等候时间，实现科学化管理。所以 PLC

8、越来越多地被应用于交通灯控制系统中。研究目的：解决人们日常生活中因为交通带来的不便，还有一些货物运输的不及时和一些紧急情况。防止堵车给人们带来的不便。研究意义：解决交通问题，使人们的生活更加便利，各种交通运输更加通畅，这样有助于人们有个舒畅的心情，国家的经济也会稳步上升，人们生活更加美好，国家更加繁荣昌盛。 课题类型：（1）A工程实践型；B理论研究型；C科研装置研制型；D计算机软件型； E综合应用型（2）X真实课题；Y模拟课题；（1） 、 （2）均要填，如 AY、BX 等。 主要内容：3.1 课题的控制任务要求：（1）系统工作控制开关，起动开关 ON 则系统开始工作；起动开关 OFF 则系 统

9、停止工作。（2）控制对象共有六个： 东西方向红灯两个，南北方向红灯两个； 东西方向黄灯两个，南北方向黄灯两个； 东西方向绿灯两个，南北方向绿灯两个。（3）控制规律：1按下启动按钮，南北绿灯开始亮，设定时间为 30s，同时 东西红灯亮 30s。 2南北绿灯亮 30s 后熄灭，南北黄灯亮，时间设定为 3s，且闪烁亮，同时东西红灯亮，时间为 3s。 3东西红灯亮 33s 后熄灭，东西绿灯亮，时间设定为30s，同时南北红灯亮，时间为 30s。 4东西绿灯熄灭后东西黄灯亮，时间设定为 3s，且闪烁，同时南北红灯亮 3s。 5南北红灯亮 33s 后熄灭。 6南北红灯亮的同时南北马路等亮绿灯，时间也为 33

10、s。东西红灯亮的同时东西马路等亮绿灯，时间为 33s。 7紧接着南北绿灯亮，时间为 30s，同时东西红灯亮，这样循环运行。 已查阅的主要参考文献1何衍庆.可编程控制器原理及应用技巧J.北京：化学工业出版社，20002陈金华.可编程控制器（PC）应用技术J.北京：电子工业出版社，19953郭和伟.基于 PLC 的交通信号灯控制系统设计J.北京:公路交通技术4易铭,李秀忠.PLC 控制的交通灯控制系统设计J.工业控制计算机，20035吴中俊.可编程序控制器原理及应用J.北京：机械工业出版社，20046刘洪涛.PLC 应用开发从基础到实践J.北京：电子工业出版社，2007 7张万忠.可编程控制器入门

11、与应用实例J.北京：中国电力出版社，2004 8孙振强.可编程序控制器原理及应用J.北京.清华大学出版社,2001 9郑凤翼、郑丹丹.PLC 控制系统J.北京.人名邮电出版社,2006 10王阿根.电气可编程控制原理与应用J.北京.清华大学出版社,2007 11王伟.可编程序控制器的使用和维护J.北京.化学工业出版社,2005 12陈立定.电气控制与编程控制器J.广州.华南理工大学出版社,2001 13吴舰.基于 PLC 技术的交通信号灯控制与设计J.商场现代化 2005 14郭健.基于 PLC 交通绿波带系统设计J.邢台职业技术学院学报 15殷兴光.基于 PLC 的交通信号灯 PLC 控制J

12、.职业教育研究，2005指导教师意见指导教师签名： 年 月 日毕毕业业设设计计（论论文文）学学生生申申请请答答辩辩表表课 题 名 称 基于 PLC 交通灯控制系统指导教师(职称) 讲师申 请 理 由学生所在系部电气信息系专业班级自动化 1 班学号 学生签名： 日期：毕业设计（论文）指导教师评审表毕业设计（论文）指导教师评审表4序号评分项目（理工科、管理类）评分项目(文科)满分评分1工作量外文翻译152文献阅读与外文翻译文献阅读与文献综述103技术水平与实际能力创新能力与学术水平254研究成果基础理论与专业知识论证能力255文字表达文字表达106学习态度与规范要求学习态度与规范要求15总 分10

13、0评语指导教师签名：另附毕业设计（论文）指导记录册 年 月 日毕业设计（论文）评阅人评审表毕业设计（论文）评阅人评审表学生姓名陆小凡专业班级09 自动 02学号设计（论文）题目 基于 PLC 交通灯控制系统评阅人评阅人职称序号评分项目（理工科、管理类）评分项目(文科)满分评分1工作量外文翻译152文献阅读与外文翻译文献阅读与文献综述103技术水平与实际能力创新能力与学术水平254研究成果基础理论与专业知识论证能力255文字表达文字表达106学习态度与规范要求学习态度与规范要求15总 分100评语评阅人签名：年 月 日 毕业设计（论文）答辩表毕业设计（论文）答辩表学生姓名陆小凡专业班级09 自动

14、化01学号设计(论文)题目基于 PLC 交通灯控制系统序号评审项目指 标满分评分1报告内容思路清晰；语言表达准确，概念清楚，论点正确；实验方法科学，分析归纳合理；结论有应用价值。402报告过程准备工作充分,时间符合要求。103创 新对前人工作有改进或突破，或有独特见解。104答 辩回答问题有理论依据，基本概念清楚。主要问题回答准确，深入。40总 分100答辩组评语答辩组组长（签字）： 年 月 日 答辩委员会意见答辩委员会负责人（签字）： 年 月 日毕业设计（论文）答辩记录表毕业设计（论文）答辩记录表学生姓名 陆小凡专业班级09 自动化01学号设计(论文)题目 基于 PLC 交通灯控制系统答辩时

15、间2013.6.2答辩地点答辩委员会名单问题：问题 1提问人： 回答（要点）：问题：问题 2提问人： 回答（要点）：问题：问题 3提问人： 回答（要点）：记录人签名（不足加附页）问题：问题 4提问人： 回答（要点）：问题：问题 5提问人： 回答（要点）：问题：问题 6提问人： 回答（要点）：问题：问题 7提问人： 回答（要点）：问题：问题 8提问人： 回答（要点）：记录人签名毕业设计（论文）成绩评定总表毕业设计（论文）成绩评定总表学生姓名： 专业班级： 毕业设计（论文）题目：注：成绩评定由指导教师、评阅人和答辩组分别给分(以百分记)，最后按“优(90-100)” 、“良(80-89)” 、 “

16、中(70-79)” 、 “及格(60-69)” 、 “不及格(60 以下)”评定等级。其中，指导教师评定成绩占 40%，评阅人评定成绩占 20%，答辩组评定成绩占 40%。成绩类别成绩评定指导教师评定成绩评阅人评定成绩答辩组评定成绩总评成绩40%+20%+40%评定等级 毕 业 设 计（论 文） 基于 PLC 交通灯控制系统学生姓名： 陆小凡学 号： 所在系部： 电气信息系专业班级： 自动化 1 班指导教师： 权轶 日 期： 2013 年 6 月 摘摘要要现在社会，交通工具越来越多，从古代的“11 路公交车”到后来的马、马车以及近代的人力车、自行车、汽车、摩托车等越来越多的交通工具出现。在近代

17、交通工具有单还不多，但在现在社会车辆越来越多，例如美国被称为汽车上的国家、印度被称为三轮车上的国家，中国随着社会的发展，经济水平的不断提高，老百姓水平的不断提高，汽车这一社会产物已经悄然而然的进入了千家万户，它不再是富人的消费品，而成为普通老百姓家庭生活的一部分，这个时候在道路上自然而然得拥挤起来，单单靠交警叔叔的指挥已不能完成这一复杂的变化，更何况在风雨、大雪、沙尘等不良天气下交警叔叔的工作带来更大的不便，这个时候交通灯便上场了，可以采用早期的模拟电路、数字电路或模数混合电路。近年来随着科技的飞速发展。单片机、PLC 的应用不断地走向深入。同时带动传统的控制检测技术的不断更新。可以采用早期的

18、模拟电路、数字电路或模数混合电路。近年来随着科技的飞速发展。单片机、PLC 的应用不断地走向深入。同时带动传统的控制检测技术的不断更新。关键字关键字: : PLC 交通灯 梯形图 Abstract Now the society, more and more traffic tools, from the ancient 11 road bus to the horse, carriage and modern human car, bicycle, motorcycle, automobile, more and more vehicles. Single is not in modern

19、traffic tools, but in the modern society more and more vehicles, such as the United States called the car on the country, India is called a tricycle country, China with the development of society, the continuous improvement of economic level, people continue to raise the level of the social product,

20、 the car has been quietly however entered thousands of households, it is no longer the consumer goods, and become a part of the ordinary people of family life, this time to come very naturally on the road crowded, relying solely on the traffic police command has not been able to complete the complex

21、 change, moreover the traffic police in the wind and rain, snow, dust and other adverse weather conditions uncles job to bring greater inconvenience, can be used early analog circuits, digital circuits and analog digital mixing circuit. In recent years, PLC continuously deepening. At the same time,

22、At the same time, promote the traditional control detection technology constantly updated. Keywords: traffic lights PLC ladder diagram 目目 录录摘摘要要 .I IABSTRACTABSTRACT .IIII前前言言 .1 11 1 PLCPLC 的概述的概述.2 21.1.PLC 的产生.31.2 PLC 的定义.41.3 PLC 的特点.41.4 PLC 的主要功能.61.5 交通灯控制系统的控制要求和流程图 .82 2 可编程序控制器的选择可编程序控制器的

23、选择 .10102.1 机型的选择 .102.2 输入输出的选择 .112.3 内存估计 .143.1 设计步骤 .164 4 PLCPLC 与触摸屏的在线模拟与触摸屏的在线模拟.21214.1 PLC 与组态件组成的画面监控.214.1.1 三菱 PLC 和触摸屏通讯 .224.1.2 检查 PLC 状态 .235 5 总装统调总装统调 .2424总结总结 .2525谢辞谢辞 .2626参考文献参考文献 .2727附件：程序和监控画面（改进版）附件：程序和监控画面（改进版） .2828前前言言随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需

24、要解决的重要问题之一。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。不同的城市有不同城市的问题，但共性就是混合交通流问题。在交叉口如何解决混合交通流中的相互影响或彼此的相互影响，就是解决问题的关键！随着建设的发展，越来越多的新兴城市的出现，使得城市的交通成为了一个绝对主要的问题。同时随着我国经济的稳步发展，随着城市机动车量的不断增加，人民的生活水平日渐提高，越来越多的汽车进入寻常老百姓的家庭。许多大城市如北京、上海、南京等出现了交通超负荷运行的情况，再加上政府大力发展的道交、出租车，使得车辆越来越多，这不仅

25、要求道路要越来越宽阔，而且要求有新的交通管理模式和交通规则的出台。因此，自 80 年代后期，很多城市纷纷扩建建城市道路，在道路建设完成的初期，它们也曾有效地改善了交通状况。然而，随着交通量的快速增长和缺乏对道路的系统研究和控制，加宽道路并没有充分发挥出预期的作用。而城市道路多十字路口、多交叉的特点，也决定了城市道路的交通状况必然受这种路况的制约。于是，旧的交通控制系统的弊病和人们越来越高的要求激化了矛盾，使原来不太突出的交通问题被提上了日程。所以，如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的多车道城市道路，缓解城区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题。

26、 自动化、智能化技术，比如“电子警察” 、自适应交通信号灯以及耗资巨大的交通指挥控制系统等。随着经济的发展和社会的进步，道路交通已愈来愈成为社会活动的重要组成部分。对交通的管控能力，也就从一个侧面体现了这个国家对整个社会的管理控制能力，因此各国都很重视用各种高科技手段来强化对交通的管控能力。简单介绍分析了现代城市交通控制与管理问题的现状，结合城乡交通的实际情况阐述了交通灯控制系统的工作原理，本设计介绍了应用 PLC 实现十字路口交通信号灯的自动控制。通过对交通信号灯的控制要求分析，对 PLC 控制系统进行了软、硬件设计，并通过实验证明该系统简单、经济、运行可靠，具有很高的实用价值。 1 1 P

27、LCPLC 的概述的概述 自二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）取代传统继电器控制装置以来，PLC得到了快速发展，在世界各地得到了广泛应用。同时，PLC的功能也不断完善。随着计算机技术、信号处理技术、控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断提高，PLC在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。今天的PLC不再局限于逻辑控制，在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。 作为离散控的制的首选产品，PLC在二十世纪八十年代至九十年代得到了迅速发展，世界范围内的PLC年增长率保持为20%30%。随着工厂自动

28、化程度的不断提高和PLC市场容量基数的不断扩大，近年来PLC在工业发达国家的增长速度放缓。但是，在中国等发展中国家PLC的增长十分迅速。综合相关资料，2004年全球PLC的销售收入为100亿美元左右，在自动化领域占据着十分重要的位置。 PLC是由摸仿原继电器控制原理发展起来的，二十世纪七十年代的PLC只有开关量逻辑控制，首先应用的是汽车制造行业。它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令；并通过数字输入和输出操作，来控制各类机械或生产过程。用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求，并事先存入PLC的用户程序存储器中。运行时按存储程序的内容逐条执行，以完成工艺流程要求的操作。

29、PLC的CPU内有指示程序步存储地址的程序计数器，在程序运行过程中，每执行一步该计数器自动加1，程序从起始步（步序号为零）起依次执行到最终步（通常为END指令） ，然后再返回起始步循环运算。PLC每完成一次循环操作所需的时间称为一个扫描周期。不同型号的PLC，循环扫描周期在1微秒到几十微秒之间。PLC用梯形图编程，在解算逻辑方面，表现出快速的优点，在微秒量级，解算1K逻辑程序不到1毫秒。它把所有的输入都当成开关量来处理，16位（也有32位的）为一个模拟量。大型PLC使用另外一个CPU来完成模拟量的运算。把计算结果送给PLC的控制器。 相同I/O点数的系统，用PLC比用DCS，其成本要低一些（大

30、约能省40%左右） 。PLC没有专用操作站，它用的软件和硬件都是通用的，所以维护成本比DCS要低很多。一个PLC的控制器，可以接收几千个I/O点（最多可达8000多个I/O） 。如果被控对象主要是设备连锁、回路很少，采用PLC较为合适。PLC由于采用通用监控软件，在设计企业的管理信息系统方面，要容易一些。近10年来，随着PLC价格的不断降低和用户需求的不断扩大，越来越多的中小设备开始采用PLC进行控制，PLC在我国的应用增长十分迅速。随着中国经济的高速发展和基础自动化水平的不断提高，今后一段时期内PLC在我国仍将保持高速增头。 通用PLC应用于专用设备时可以认为它就是一个嵌入式控制器，但PLC

31、相对一般嵌入式控制器而方具有更高的可靠性和更好的稳定性。实际工作中碰到的一些用户原来采用嵌入式控制器，现在正逐步用通用PLC或定制PLC取代嵌入式控制器。在可以预见的将来，PLC产业一定会有一个美好的未来1.1.PLC 的产生 20 世纪 20 年代起，人们把各种继电器。定时器。接触器及其触点按一定的逻辑关系连接起来组成控制系统，控制各种生产机械，这就是大家所熟悉的传统继电接触器控制系统.由于它结构简单。容易掌握。价格便宜，在一定范围内能满足控制要求，因而使用面甚广，在工业控制领域中一直占主导地位.但是继电接触器控制系统有明显的缺点：设备体积大，可靠性差，动作速度慢，功能少，难与实现较复杂的控

32、制，特别是由于它是靠硬连线逻辑构成的系统，接线复杂，当生产工艺或对象改变时，原有的接线和控制盘就要更换，所以通用性和灵活性较差。20 世纪 60 年代末期，美国的汽车制造业竞争激烈，各生产厂家的汽车型号不断更新，它必然要求生产线的控制系统亦随之改变，以及对整个开展系统重新配置.为抛弃传统的继电接触器控制系统的束缚，适应白热化的市场竞争要求，1968 年美国通用汽车公司公开向社会招标，对汽车流水线控制系统提出具体要求，归纳起来是：（1） 编程方便，可现场修改程序（2） 维修方便，采用插件式结构（3） 可靠性高于继电器控制装置（4） 体积小于继电器控制盘（5） 数据可直接送入管理计算机（6） 成本

33、可与继电器控制盘竞争（7） 输入可以是交流 150V 以上（8） 输出为交流 115V，容量要求在 2A 以上，可直接驱动接触器，电磁阀等（9） 扩展时原系统改变最小（10） 用户存储器至少能扩张到 4KB（适应当时汽车装配过程的需要）十项指标的核心要求是采用软布线（编程）方式代替继电控制的硬接线方式，实现大规模生产线的流程控制。1.2 PLC 的定义 美国国际电工委员会（IEC）在 1987 年对可编程序控制器做出如下定义：可编程序控制器是一类专门为在工业环境下应用而设计的数字式电子系统，它采用了可编程序的存储器，用来在其内部进行存储执行逻辑运算、顺序运算、定时、记数和算术运算等功能的面向用

34、户的指令，并通过数字式或模拟式的输入或输出，控制各种类型的机械或生产过程。可遍程序控制器极其相关外部设备，都应按照易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。定义强调了 PLC 应直接应用与工业环境，它必须具有很强的抗干扰能力，广泛的适应能力和应用范围。这也是区别与一般微机控制系统的一个重要特征。定义还强调了 PLC 是“数字运算操作的电子系统” ，他也是一种计算机，它是“专为在工业环境下应用而设计的”工业计算机。这种工业计算机采用“面向用户的指令” ，因此编程方便。它能完成逻辑运算、顺序运算、定时、记数和算术运算等操作，它还具有“数字量和模拟量输入和输出”的能力，并且非常容易

35、与“工业控制系统联成一体” ，易于“扩充” 。1.3 PLC 的特点（1）抗干扰能力强，可靠性好PLC 在电子线路、机械结构以及软件结构上都吸取了生产厂家长期积累的生产控制经验，主要模块均采用大规模与超大规模集成电路。I/O 系统设计有完善的通道保护与信号调理电路；在结构上对耐热、防潮、防尘、抗震等都有周到的考虑。具体措施主要有以下几个方面：1）隔离：这是抗干扰的主要措施之一。PLC 的输入、输出接口电路一般采用光电耦合器来传递信号。这种光电隔离措施，使外部电路与内部电路之间避免了电的联系，可有效的抑制外部干扰源对于 PLC 的影响，同时防止外部高电压串入，从而减少故障和误操作。 2）滤波：这

36、是抗干扰的另一个主要措施。在 PLC 的电源电路和输入/输出电路中设置了多种滤波电路，用以对高频干扰信号进行有效的抑制。3）对内部电源还采用了屏蔽、稳压、保护等措施，以减少外界干扰，保护供电质量。另外使输入输出接口电路电源彼此独立，以避免电源之间的干扰。4）内部设置了连锁、环境检测与诊断、watchdog（“看门狗” ）等电路，一旦发现故障或程序循环执行时间超过了警戒时钟（WDT）规定时间（预示程序进入了死循 环） ，立即报警，以保证 CPU 可靠运行。5）利用系统软件定期进行系统状态、用户程序、工作环境和故障检测，并采用信息保护和恢复措施。6）对用户程序及动态工作数据进行电池备份，以保障停电

37、后有关状态或信息不丢失。7）采用密封、防尘、抗震的外壳封装结构，以适应工作现场的恶劣环境。8）以集成电路为基本元件，内部处理过程不依赖于机械触点，以保障高可靠性。而采用循环扫描的工作循环方式，也提高了抗干扰能力。（2）控制系统结构简单，通用性强PLC 及外围模块品种多，可由各种组件灵活组合成各种大小和不同要求的控制系统。（3）编程方便，易于使用PLC 是面向用户的设备，PLC 的设计者充分考虑到现场工程技术人员的技能和习惯，PLC 程序的编制，采用梯形图或面向工业控制的简单指令形式。梯形图与继电器原理图相类似，这种编程语言现象直观，容易掌握，不需要专门的计算机知识和语言，只要具有一定的电工和工

38、艺的知识的人员都可在短时间内学会。（4）功能完善PLC 的输出/输入功能完善，性能可靠，能够适应与任何形式和性质的开关量和模拟量的输入/输出。在 PLC 内部具有许多控制功能，诸如时序、计算机、主控继电器以及移位寄存器、中间寄存器等。由于采用了微处理器，它能够很方便地实现延时、锁存、比较、跳转、和强制 I/O 等诸多功能，不仅具有逻辑功能、算术运算、数制转换、以及顺序控制功能，而且还具备模拟运算、显示、监控、打印、及报表生成等功能。（5）设计、施工、调试、的周期短用继电接触器控制完成一项控制工程，必须首先按工艺要求画出电气原理图，然后画出继电器屏的布置和接线图等，进行安装调试，以后修改起来十分

39、不便。而采用 PLC 控制，由于其硬软件齐全，为模块化积木式结构，且已商品化，故仅需按性能、容量等选用组装，而大量具体的程序编制工作也可在 PLC 到货前进行，因而缩短了设计周期，使设计和施工可同时进行。（6）体积小，维护操作方便PLC 体积小，质量轻，便于安装。PLC 的输入/输出系统能够直观的反映现场总线信号的变化状态，还能通过各种方式直观的反映控制系统的运行状态。（7）易于实现网络化PLC 可连成功能很强的网络系统。（8）可实现三电一体化PLC 将电控（逻辑控制） 、电仪（过程控制）和电结（运动控制）这三电集于一体，可以方便、灵活地组合成各种不同规模和要求的控制系统，以适应各种工业控制的

40、需要。 1.4 PLC 的主要功能条件控制功能： 条件控制（或称逻辑控制或顺序控制）功能是指用 PLC 的与、或、非指令取代继电器接触的串联、并联极其他各种逻辑连接，进行开关控制。（1）定时/记数控制功能定时/记数控制功能指用 PLC 提供的定时器、记数器指令实现对某种操作的定时或记数控制，以取代时间继电器和记数继电器。（2）数据处理功能 数据处理功能是指 PLC 能进行数据传送、比较、移位、数制转换、算术运算、逻辑运算以及编码和译码等操作。（3）步进控制功能步进控制功能是指用步进指令来实现在有多道加工工序的控制中，只有前一道工序完成以后，才能进行下一道工序操作的控制，以取代由硬件构成的步进控

41、制器。（4）A/D 与 D/A 转换功能A/D 与 D/A 转换功能是指通过 A/D、D/A 模块完成模拟量和数字量之间的转换。（5）运动控制功能运动控制功能是指通过高速记数模块和位置控制模块等进行单轴或多轴运动控制。（6）过程控制功能 过程控制功能是指通过 PLC 的 PID 控制指令或模块实现对温度、压力、速度、流量等物理参数的闭环控制。（7）扩展功能扩展功能是指通过连接输入输出扩展单元（即 I/O 扩展单元）模块来增加输入输出点数，也可通过附加各种智能单元及特殊功能单元来提高 PLC 的控制功能。（8）远程 I/O 功能远程 I/O 功能是指通过 I/O 单元将分散在远距离的各种输入、输

42、出设备与PLC 主机相连接，进行远程控制，接收输入信号、传出输出信号。（9）通信联网功能通信联网功能是指通过 PLC 之间的联网、PLC 与上位机的链接等，实现远程I/O 控制或数据交换，以完成较大规模系统的复杂控制。（10） 监控功能监控功能是指 PLC 能监视系统各部分的进行状态和进程，对系统中出现的异常情况进行报警和记录，甚至自动终止运行；也可在线调整、修改控制程序中的定时器、记数器等设定值或强制 I/O 状态。1.5 交通灯控制系统的控制要求和流程图 图 1-1 路口交通灯示意图1.5.1 控制要求信号灯手启动开关控制，当启动开关接通时，信号灯系统开始工作，先南北红灯亮，东西红灯亮。当

43、启动开关断开时，所有信号灯都熄灭。（1） 南北红灯不能同时亮：如果同时亮应关闭信号灯系统，并立刻报警;（2） 南北红灯亮维持 33s。在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，并维持30s。到 30s 时，东西黄灯亮，在东西红灯熄灭时，东西黄灯亮，并维持 3s，到3s 时，东西黄灯熄灭，东西红灯亮，同时南北红灯熄灭，绿灯亮。（3） 东西红灯亮维持 33s。南北红灯亮维持 30s 然后东西黄灯闪亮 3s，同时南北红灯亮维持 3s 熄灭。这是南北红灯亮，东西绿灯亮。 (4) 上述动作循环进行。 图图 1-2 交通灯控制系统流程图交通灯控制系统流程图 2 2 可编程序控制器的选择可编程序控制器的选择随着 PL

44、C 的推广普及，PLC 产品的种类越来越多，而且功能也目趋完善。PIC的品种繁多，其结构形式、性能、容量、指令系统、编程方法、价格等各不相同，适用场合也各有侧重。因此，合理选择 PLC，对于提高 PLC 控制系统的技术经济指标起着重要的作用。2.1 机型的选择 我选择的 PLC 是三菱 FX2N-128MR 机型选择的基本原则应是在功能满足要求的情况下，保证可靠、维护使用方便以及最佳的性能价格比。具体应考虑以下几方面： 1结构合理 : 对于工艺过程比较固定、环境条件较好(维修量较小)的场合，选用整体式结构 PLC 其他情况则选用模块式结构 PLC。 2功能合理 : 对于开关量控制的工程项目，对

45、其控制速度无须考虑，一般的低档机就能满足要求。 对于以开关量为主、带少量模拟量控制的工程项目，可选用带 A/D、D/A 转换、加减运算、数据传送功能的低档机。 对于控制比较复杂、控制功能要求高的工程项目，例如要求实现 PID 运算、闭环控制、通信联网等，可视控制规模及复杂的程度，选用中档或高档机。其中高档机主要用于大规模过程控制、全 PLC 的分布式控制系统以及整个工厂的自动化等。 3机型统一 : 因为同一机型的 PLC，其模块可互为备用便于备品备件的采购和管理；其功能及编程方法统一，有利于技术力量的培训、技术水平的提高和功能的开发；其外围设备通用，资源可共享，配以上位计算机后可把控制各独立系

46、统的多台 PLC 连成一个多级分布式控制系统，相互通信、集中管理。 4是否在线编程 : PIC 的特点之一是使用灵活。当被控设备的工艺过程改变时，只需用编程器重新修改程序，就能满足新的控制要求，给生产带来很大方便。 PLC 的编程分为离线编程和在线编程两种:离线编程的 PLC，其特点是主机和编程器共用一个 CPU，在编程器上有一个“编程运行”选择开关或按键，选择编程状态时，CPU 将失去对现场的控制，只为编程器服务，这就是所谓的“离线”编程；程序编好后，如选择运行状态，CPU 则去执行程序而对现场进行控制，这时，CPU 编程指令按步作出响应。此类 PLC，由于编程器和主机共用一个 CPU,因此

47、节省了大量的硬件和软件，编程器的价格也比较便宜。中、小型 PLC：多采用离线编程。 在线编程的 PLC，其特点是主机和编程器各有一个 CPU，编程器的 CPU 可以随时处理由键盘输入的各种编程指令。主机的 CPU 则是完成对现场的控制，并在一个扫描周期的末尾和编程器通信，编程器把编好或改好的程序发送给主机，在下一个扫描周期主机将按照新送人的程序控制现场，这就是所谓的“在线”编程：此类 PLC，由于增加了硬件和软件，所以价格贵，但应用领域较宽。大型 PLC 多采用在线编程。是否在线编程，应根据被控设备工艺要求的不同来选择。对于产品定型的设备和工艺不常变动的设备，应用离线编程的 PLC；反之，可考

48、虑选用在线编程的PLC。2.2 输入输出的选择 可编程序控制器控制系统 I/O 点数估算 1)控制电磁阀等所需的 I/O 点数。由电磁阀的动作原理可知，一个单线圈电磁阀用可编程序控制器控制时需两个输入及一个输出；一个双线圈电磁阀需三个输入及两个输出；一个按钮需一个输入；一个光电开关需一个或两个输入；一个信号灯需一个输出；波段开关，有几个波段就需几个输入；一般情况，各种位置开关都需占用两个输人点。 2)控制交流电动机所需的 I/O 点数。用可编程序控制器控制交流电动机时，是以主令信号和反馈信号作为可编程序控制器的输入信号；以可编程序控制器作为控制器，用它的输出信号驱动执行元件来完成对交流电动机的

49、控制。例如，用可编程序控制器控制一台 Y起动的交流电动机，一般需占用可编程序控制器的 4 个输入点及 3 个输出点。用可编程序控制器控制一台尊向运行的笼型电动机，需占用 4 个输入点及一个输出点。控制一台可逆运行的笼型电动机需 5 个输入点及 2 个输出点。控制一台单向运行的变极调速电动机，需 5 个输入点及 2 个输出点。控制一台单向运行的绕线转子交流电动机，需 3 个输入点及 4 个输出点。控制一台可逆运行的绕线转子交流电动机需 4 个输入点及 5 个输出点。 3)控制直流电动机所需的 I/O 点数：晶闸管直流电动机调速系统足直流调速的主要形式，它采用晶闸管整流装置对直流电动机供电。用可编

50、程序控制器控制的直流传动系统中，可编程序控制器的输入除考虑主令信号外，还需考虑合闸信号、传动装置综合故障信号、抱闸信号、风机故障信号等。可编程序控制器的输出主要考虑速度指令信号正向 l3 级、反向 13 级、允许合闸信号、抱闸打开信号等。一般地一个用可编程序控制器控制的可逆直流传动系统大约需 12 个输入点和 8 个输出点 一个不可逆的直流传动系统需 9 个输入点和 6 个输出点。表11-1 是典型传动设备及电气元件所需可编程序控制器 I/O 点数表。此表在实际确定控制对象的 I/O 点数时有一定的参考价值。软元件序号软元件的控制功能M0M1M100M101M102M103M104M105M1

51、06Y000整个控制系统的运行启动按钮整个控制系统的停止按钮控制系统自动和手动切换按钮南北绿灯手动按钮东西红灯、南北马路灯手动按钮南北黄灯手动按钮南北红灯、东西马路灯手等按钮东西绿灯手动按钮东西黄灯手动按钮作为启动置位输出Y001Y002Y003Y021Y022Y023Y031Y032Y033Y041Y042 Y043 Y51 Y52北方绿灯 输出 北方黄灯输出 北方红灯输出 东方绿灯输出 东方黄灯输出 东方红灯输出 南方绿灯输出南方黄灯输出 南方红灯输出西方绿灯输出西方黄灯输出西方红灯输出东西马路灯输出南北马路灯输出表 2-1 十字路口交通灯 PLC 控制系统的 PLC IO 点分配确定 I

52、O 点数一般是必须说明的首要问题。估算出被控对象的 IO 点数后，就可选择点数相当的可编程序控制器。I0 点数是衡量可编程序控制器规模大小的重要指标。选择应规模的可编程序控制器并留有 1015的 IO 余量。 2输入输出模块的选择 可编程序控制器输入模块是检测并转换来自现场设备(按钮、限位开关、接近开关等)的高电平信号为机器内部电平信号，模块类型分直流 5、12、24、68、60V 几种；交流 115V 和 220V 两种。由现场设备与模块之间的远近程度选择电压的大小。一般 5、12、24V 属低电平，传输距离不宜太远，例如 5V 的输入模块最远不能超过 lOm，也就是说，距离较远的设备选用较

53、高电压的模块比较可靠。另外，高密度的输入模块如 32 点、64 点，同时接通点数取决于输入电压和环境温度。一般来讲，同时接通点数不得超过 60：为了提高系统的稳定 l 哇，必须考虑门槛(接通电平与关断电平之差)电平的大小。门槛电平值越大，抗干扰能力越强，传输距离也就越远。输出模块的任务是将机器内部信号电平转换为外部过程的控制信号。对于开关频率高、电感性、低功率因数的负载，推荐使用晶闸管输出模块，缺点是模块价格高，过载能力稍差。继电器输出模块优点是适用电压范围宽，导通压降损失小，价格便宜，缺点是寿命较短，响应速度较慢。输出模块同时接通点数的电流累计值必须小于公共端所允许通过的电流值。输出模块的电

54、流值必须大于负载电流的额定值。2.3 内存估计 用户程序所需内存容量受到下面几个因素的影响：内存利用率，开关量输入输出点数，模拟量输入输出点数，用户的编程水平。 1.内存利用率 用户程序通过编程器键入主机内，最后是以机器语言的形式存放在内存中。同样的程序，不同厂家的产品，在把用户程序变成机器语言存放时所需的内存数是不同的。我们把一个程序段中的接点数与存放该程序段所代表的机器语言所需的内存字数的比值称为内存利用率。高的利用率给用户带来好处。同样的程序可以减少内存量，从而降低内存投资。另外，同样的程序可缩短扫描周期时间，从而提高系统的响应。 2.开关量输入输出总点数 可编程序控制器开关量输入输出总

55、点数是计算所需内存存储器容量的重要根据。一般系统中，开关量输入和开关量输出的比为64。这方面的经验公式是根据开关量输入、开关量输出的总点数给出的。 所需内存字数=开关量(输入+输出)总点数10 3.模拟量输入输出总点数 具有模拟量控制的系统就要用到数字传送和运算的功能指令，这些功能指令的内存利用率较低，冈此所占的内存数较多。 在只有模拟量输入的系统中，一般要对模拟量进行读入、数字滤波编成子程序使用，这样会使所占内存大大减少，特别是在模拟量路数比较多时，每一路模拟量所需的内存数会明显减少。下面给出一般情况下的经验公式： 只有模拟量输入时：所需内存字数=模拟量点数100 模拟量输人输出同时存在：所

56、需内存字数=模拟量点数200 这些经验公式的算法是在 lO 点模拟量左右当点数小于 10 时，内存字数要适当加大，点数多时，可适当减少。 4 程序编写质量 用户程序优劣对程序长短和运行时间都有较大影响。对于同样的系统，不同用户编写的程序可能会使程序长短和执行时间差距很大。一般来说，对仞学者应为内存多留一些余量，而对有经验的编程者可少留一些余量。 综上所述，推荐下面的经验计算公式： 总存储器字数=(开关量输人点数+开关量输出点数)10。模拟量点数l 50。然后按计算存储器字数的 1525考虑余量。 3 3 交通灯信号灯控制系统交通灯信号灯控制系统3.1 设计步骤 更具控制任务要求，可以算出 I/

57、O 点数。更具输入输出点数及功能要求，选FX248MR 型 PC 机完全满足控制系统要求。控制步骤：1按下启动按钮，南北绿灯开始亮，设定时间为 30s，同时东西红灯亮 30s。 2南北绿灯亮 30s 后熄灭，南北黄灯亮，时间设定为 3s，且闪烁亮，同时东西红灯亮，时间为 3s。 3东西红灯亮 33s 后熄灭，东西绿灯亮，时间设定为 30s，同时南北红灯亮，时间为 30s。 4东西绿灯熄灭后东西黄灯亮，时间设定为 3s，且闪烁，同时南北红灯亮 3s。 5南北红灯亮 33s 后熄灭。 6南北红灯亮的同时南北马路等亮绿灯，时间也为 33s。东西红灯亮的同时东西马路等亮绿灯，时间为 33s。 7紧接着

58、南北绿灯亮，时间为 30s，同时东西红灯亮，这样循环运行。 4 4 PLCPLC 与与触摸屏的在线模拟触摸屏的在线模拟PLC 是专门为工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置，它使用了可以编程的记忆单元来存储指令，执行数学的和逻辑的运算，并通过数字输入输出实现对工业生产过程的控制，它以高可靠性，易操作性，灵活性广泛应用在工业自动化领域。但是作为一个控制设备，单独用它构成监控系统有其局限性，主要表现为，无法显示各种实时图形，无法显示汉字和打印汉字报表，无法大量存储数据，没有良好的用户界面。随着计算机技术的飞速发展，组态软件的出现弥补了 PLC 控制系统的不足，在工业现场大量使用以组态软件为开

59、发平台的计算机监控系统，其结构主要表现在计算机作为监控系统中的上位机，下位机通常都是使用工业级的设备，如各种 PLC 作为下位机，下位机用来如完成如数据采集，警报逻辑判断，控制输出等任务。上位机通过组态软件用来实现采集信息的存储、处理、显示报表等功能，同时还要分析诊断出现的异常信息如故障和警报，利用屏幕画面及图表，对整个系统的所有设备进行实时监视，画面中的各类参数具有实时性，还可以对运行过程进行干预控制等。上位机与下位机之间的数据通讯一般使用 RS232C 或 RS485 接口。下面我们以三菱 PLC 为例作一介绍。首先介绍一下 PLC 与 PC 的通讯。4.1 PLC 与组态件组成的画面监控

60、用三菱 PLC 构成的系统我们知道，通讯分为无协议和有协议两大类，其中又有查询和中断两种实现方式。无协议通讯不适合上、下位机的通讯，而且一般PLC 厂家都提有协议的通讯模块，以三菱为例，它与上位机通讯是利用 PS432 口，使用 HOSTLINK 通讯协议，用三菱 PLC 构成上，下位机结构的监控系统分为两类：一类使系统仅由一台 PLC 和一台微机组成，及点对点通讯。另一类是系统中有很多台 PLC，每台 PLC 中的 RS232 或通过适配器与上位相连，具体实现方法各异。 图 4-1 十字路口交通灯状态图 4.1.1 三菱 PLC 和触摸屏通讯 图 4-2 PLC 和触摸屏的通讯图 通讯时首先